Результат интеллектуальной деятельности: Способ повышения эффективности использования работающих моторных масел

Изобретение относится к эксплуатации машин, в частности - к использованию моторного масла в двигателях внутреннего сгорания.

Общеизвестно, что в процессе работы моторных масел в двигателях внутреннего сгорания (ДВС) происходит постепенное накопление механических примесей, сажи, продуктов термоокислительных процессов (асфальтенов, карбенов, карбоидов), что приводит к снижению качества масла, повышенному износу двигателя, росту кислотности и отрицательно сказывается на надежности работы транспортного средства. Важным направлением восстановления и поддержания свойств масел в процессе эксплуатации является удаление продуктов износа и окисления, т.е. фильтрация масла.

Не менее важное значение для восстановления и поддержания работоспособности масла имеет восполнение (дозированный ввод) необходимых присадок. Установлено, что присадки срабатываются в результате реакций нейтрализации. Наиболее информативным показателем является кислотное число, определяемое для масел различных групп по результатам высокотемпературного окисления, а также динамика нейтрализующей способности во времени, которые позволяют осуществлять надежный прогноз работоспособности моторных масел и производить оптимальный подбор композиции присадок.

Также для поддержания рабочей температуры, вязкости и прокачиваемости моторного масла, особенно в зимнее время года и с целью снижения износа двигателя в момент запуска необходимо применение тепловых аккумуляторов фазового перехода. Особенностями теплового аккумулятора для двигателей большого рабочего объема являются высокая теплоаккумулирующая способность, долгое время сохранении рабочей температуры запасаемого масла, около 110 часов, простота конструкции, электронное управление и повышенный ресурс работы. Данные показатели достигаются за счет наличия теплоаккумулятора, работающего от горячего масла.

Известен способ стабилизации свойств масла в двигателе внутреннего сгорания, который включает заливку заправочного объема масла; доливки его по мере необходимости; дозированное введение многофункциональной присадки и принятие в качестве браковочного параметра отношения текущего значения щелочности масла к минимально допустимому. При этом определяют дозу присадки по соотношению V_пр=К_осв.пр.⋅V_з.об., где Vпp. - доза присадки для введения в систему смазки двигателей внутреннего сгорания, кг(л); Косв.пр. - коэффициент освежения присадки, причем 0,02≤K<0,1; Vз.об - заправочный объем свежего масла, кг(л). Присадку вводят при проведении технического обслуживания системы смазки по регламенту завода-изготовителя и поддерживают значение браковочного параметра не ниже 2,7. [Патент РФ №92004934, МПК: МПК F16N 15/00 F01M 9/02. Опубл. 20.01.1995. Способ стабилизации свойств масла в двигателе внутреннего сгорания / Ларин В.Е.]

Недостатком такого способа является то, что фильтрующие элементы двигателя преждевременно загрязняются продуктами введенной присадки и их влияние на рабочие свойства масел исключается.

Известны способы повышения антифрикционных и противоизносных свойств моторных масел ДВС добавлением, например, мелкодисперсных порошков цветных металлов (меди, олова, свинца, цинка и других) или маслорастворимых медьсодержащих присадок определенной концентрации. Эти способы подробно рассмотрены в работе [Гаркунов Д.Н. Триботехника (конструирование, изготовление, эксплуатация машин): Учебник. - М.: Изд-во МСХА, 2002. - 632 с. (см. стр. 212-224)]. Недостатком способа создания условий избирательного переноса введением в моторные масла присадок является срабатывание присадок и снижение содержания цветных металлов в маслах при несоблюдении технологии обработки, и вынужденная, в связи с этим необходимость контролировать специальными методами присутствие присадки и сохранение износостойких свойств моторных масел.

Наиболее близким является способ повышения эффективности использования смазочного масла с присадками, который включает электрообработку смазочного масла при прохождении его в межэлектродном пространстве при постоянном электрическом напряжении, в котором величину постоянного электрического напряжения устанавливают в зависимости от силы тока в межэлектродном пространстве так, чтобы сила тока находилась в диапазоне 0,9-4,0 максимального значения силы тока, фиксируемой в диапазоне, при котором электрический пробой смазочного масла не достигается [Патент РФ №2624927, МПК: F16N 15/00. Опубл. 11.07.2017. Способ повышения эффективности использования смазочного масла с присадками / Воронин С.В., Дунаев А.В., Любимов Д.Н., Остриков В.В., Соловьев С.А.]

Недостатками такого способа являются отсутствие поддержания стабильности физико-химических свойств моторного масла на всем периоде эксплуатации двигателя, неудовлетворительное качество очистки масла от различных примесей и отсутствие возможности запуска двигателя в режиме сухого трения, масляного голодания и перепада давления на фильтрах масляной системы.

Данный способ принят авторами в качестве прототипа.

Задачей настоящего изобретения является повышение эффективности использования работающего моторного масла путем обеспечения высокой степени его очистки от механических примесей, продлении срока службы, снижении расхода, а также повышении ресурса двигателя за счет снижения износа трущихся деталей.

Задача решается способом повышения эффективности использования работающих моторных масел заключающимся в поддержании стабильности физико-химических свойств моторного масла и включающий дозированную подачу функциональных присадок в моторное масло, с учетом температуры моторного масла, вязкости, давления в системе смазки и коллоидного строения присадок, очистку моторного масла перед поступлением его в двигатель путем удаления примесей из моторного масла центробежным масляным фильтром с регулируемой частотой вращения и приводом от электродвигателя и поддержание температуры моторного масла в диапазоне температур от 20°С до 95°С за счет накопленной теплоты в тепловом аккумуляторе фазового перехода.

Предлагаемый способ реализовывается без серьезных изменений в конструкции или режимов эксплуатации двигателя, может осуществляться как при его производстве, так и в процессе эксплуатации.

Перед поступлением в двигатель моторное масло очищается от механических примесей и их размеров (менее 2 мкм), продуктов окисления масла как источника адсорбирования активных частей присадок, а также от легких топливных фракций с помощью высокооборотного центробежного масляного фильтра с частотой вращения более 10000 об/мин с приводом от электродвигателя позволяет, главной особенностью которого является снижение гидравлического сопротивления на участке «вход в фильтр - сопло ротора», замене подшипников скольжения на подшипники качения, уменьшении до оптимальных значений бесконтактных уплотнений ротора для подвода и отвода масла, аэродинамических потерь.

Во время работы двигателя при температуре окружающей среды То поток моторного масла (ММ) с переменным во времени массовым расходом G_мм=G_мм (τ) и постоянной температурой входа Т_{мм вх}=const поступает в тепловой аккумулятор фазового перехода (ТАФП), отдает часть своей теплоты и с параметрами G_мм=G_мм (τ) и Т_{мм вх}=Т_{мм вых} (τ) вновь поступает в дизель, где Т_{мм вых}(τ) - температура ММ на выходе из ТАФП. При этом часть энергии рассеивается Q_n=Q_n (τ).

Накопление в ТАФП теплоты происходит за счет плавления фазопереходного теплоаккумулирующего материала (ТАМ), когда по трубному теплообменнику проходит ММ. Слой тепловой изоляции препятствует интенсивному теплообмену ТАМа с окружающей средой. ТАФП поддерживает температуру ММ не ниже +20°С в течении не менее 24 часов при температуре окружающей среды до - 30°С для облегчения повторного запуска. Время зарядки ТАФП равняется 8 часам, что обеспечивает полную зарядку в течение 12-и часовой рабочей смены.

Для поддержания стабильности физико-химических свойств моторного масла срабатывает устройство (блок-дозатор) подачи функциональных присадок, обеспечивая равномерное дозирование присадок, учитывая температуру моторного масла, вязкость, давление в системе смазки. Работа блока-дозатора функциональных присадок равна сроку службы фильтрующего элемента. Смена фильтра и дозирующего устройства происходит одновременно. При смене фильтрующего элемента нет необходимости в замене масла, так как идет восстановление физико-химических свойств моторного масла за счет блока-дозатора функциональных присадок. Специфика условий дозирования присадок в работающее моторное масло и сам функциональный пакет присадок подбирается с учетом особенности его коллоидного строения.

Технический результат в предлагаемом способе поддержания свойств работающих моторных масел заключается в обеспечении высокой степени очистки моторного масла от механических примесей, продлении срока службы моторного масла в 1,5-2 раза, снижении расхода масла на 10-15%, а также повышении ресурса двигателя за счет снижения износа трущихся деталей в 2-7 раз и недопущение запуска двигателя в режиме сухого трения, масляного голодания и перепада давления на фильтрах масляной системы.

Изобретение поясняется фигурами.

На фиг. 1 показана схема реализации способа повышения эффективности использования работающих моторных масел

На фиг. 2 показано изменение щелочности при испытаниях базового моторного масла М-10ДМ на двигателе Д-242 и масла, модифицированного металлоплакирующей присадкой (МПП)

На фиг. 3 показана суммарная загрязненность внутренней и наружной поверхностей поршня при испытаниях моторного масла М-10ДМ

На фиг. 4 показана зависимость изменения температуры ТАФП и двигателя Д-242 Способ осуществлен в лаборатории «Локомотивные энергетические установки» ФГБОУ ВО «Самарский государственный университет путей сообщения» на двигателе Д-242, который работал на моторном масле М-10ДМ, а также на модифицированном моторном масле металлоплакирующей присадкой в количестве 3% от общего объема картера.

Сущность модифицирования заключается в том, что из введенных в смазку присадок на трущихся поверхностях деталей в процессе работы узлов трения формируется тонкая трудно поддающаяся окислению защитная самовосстанавливающаяся металлическая сервовитная пленка. Толщина пленки составляет от нескольких атомных слоев до 1…4 мкм. Образование сервовитной пленки в процессе трения обусловлено его созидательным характером, определяемым интенсивностью обмена трения с внешней средой энергией и веществом, а также коллективным поведением ионов металла, из которых формируется сервовитная пленка, защищающая поверхности трения от изнашивания. Пленка имеет рыхлую структуру, пориста, в ней почти отсутствуют дислокации и имеется много вакансий. Обработка трущихся поверхностей МПП при проведении лабораторных испытаний проходила в соответствии с технологией, приведенной в таблице 1.

В таблице 2 показаны результаты испытаний базового моторного масла М-10ДМ на двигателе Д-242 и масла, модифицированного МПП

Проведенные исследования помогают решить проблемы утилизации, добычи и переработки нефтепродуктов, а также экономят топливноэнергетические ресурсы.